CN105986173A

CN105986173A - 一种大应变x80hd2管线钢管和管线钢管用钢板

Info

Publication number: CN105986173A
Application number: CN201610425241.XA
Authority: CN
Inventors: 刘晓东; 韩启彪; 刘志刚; 牛延龙; 鞠传华; 于爽; 胡根荣; 李敏; 赵慧杰; 张建辉
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明涉及一种大应变性能的X80级别管线钢板和钢管的制造方法。一种大应变X80HD2管线钢管用钢板，以质量%计含有：碳0.04～0.07%，硅0.15～0.35%，锰1.60～1.70%，磷≤0.008%、硫≤0.003%，铌0.050～0.065%，钛0.012～0.023%，铬0.020～0.030%，铜0.20～0.30%，镍0.20～0.30%，铝0.015～0.025%，氮≤0.004%，硼≤0.0005%，其余为铁和不可避免的杂质。本发明所述的大应变X80HD2管线钢管具有优异的横向和纵向力学性能，特别是纵向性能保证了在冻土带、地震带等地质条件下地层变动引起的钢管的弯曲变形和应变情况下的安全性。

Description

一种大应变X80HD2管线钢管和管线钢管用钢板

技术领域

本发明涉及一种大应变性能的X80级别管线钢板和钢管的制造方法。

背景技术

随着输油输气工业的发展，一些管线需要铺设在冻土带、地震带、滑坡带等地质条件复杂的地区，这些管线需要经受由于地层移动引起的较大应变。一般性能的管线钢在经过较大的地质条件改变而引起应变后，会引起钢的硬化，从而使钢性能恶化，在钢管内高达8-10Mpa高压下极易造成钢管爆裂和油气泄露的重大安全事故。因此，开发一种应变性能好、易焊接的高级别管线钢具有重大的意义。目前国际上已开发出大应变X80的管线钢板，但大应变钢管生产技术还未完善，特别是横向和纵向性能同时达到大应变钢管技术要求和环缝焊接性能都是这类钢管的限制性瓶颈。本发明通过开发先进的冶炼、精炼、连铸、轧制和冷却等钢板生产技术，以及开发钢管卷制的钢管生产技术和环缝焊接等技术，开发出了一种大应变X80HD2管线钢板和钢管。

发明内容

本发明是为了解决目前大应变管线钢管环焊性能差、工艺稳定性差、纵横性能不能同时达到技术要求、不能大批量稳定生产的缺陷而开发的一种具有良好纵横向性能、低屈强比、高应力比的能够稳定批量生产和应用的大应变X80HD2管线钢，同时开发出了适用于该钢管的环焊工艺技术，不但解决了钢管的大批量生产的难题，更是解决了钢管在实际工程应用中的对接环焊工艺难题，为该类钢管的实际工程应用提供了切实可行的解决方案，具有显著的新颖性和重大的实用价值。

本发明是通过下述方案实现的：

一种大应变X80HD2管线钢管用钢板，以质量%计含有：碳0.04～0.07%，硅0.15～0.35%，锰1.60～1.70%，磷≤0.008%、硫≤0.003%，铌0.050～0.065%，钛0.012～0.023%，铬0.020～0.030%，铜0.20～0.30%，镍0.20～0.30%，铝0.015～0.025%，氮≤0.004%，硼≤0.0005%，其余为铁和不可避免的杂质。

优选的，上述钢板的生产工艺路线为：KR搅拌法脱硫→转炉冶炼→CAS精炼→LF精炼→RH精炼，真空脱气去夹杂→板坯连铸→板坯精整→板坯加热→粗轧→精轧→预矫直→MULPIC加速冷却→矫直→冷床冷却→剪切取样和检验→超声波探伤→得钢板入库。

优选的，上述KR搅拌法脱硫时工艺参数为：搅拌头转速为90～110转/分钟，加入脱硫剂量为4～8公斤/吨钢，扒渣后铁水亮面达到80%以上，处理周期27～35分钟，处理后铁水中硫含量为0.002～0.004%；所述转炉冶炼时工艺参数为：采用容量为210吨的转炉，转炉氧气流量33000～42000立方米/小时；枪位高度控制在1800～2400mm之间，保证冶炼过程无喷溅；采用高拉补吹模式，TSC时碳含量控制在0.25～0.35%，终点碳控制在0.03～0.04%；冶炼半程倒一次渣，倒渣量约为总渣量的1/3～2/3，控制终点磷含量不大于0.09%。

优选的，上述LF精炼时，LF炉冶炼初期加入铝粒或铝块造白渣，采用CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，Al₂O₃含量大于20%；加热时确保埋弧效果；精炼周期40-55分钟；所述板坯连铸时连铸机断面采用250-300mm×2200mm时拉速波动不大于±0.05米/分钟，钢水过热度控制在15-25℃，结晶器液面波动不大于±5毫米。

更为优选的，上述钢管的生产工艺路线为：钢板检验→铣边→预弯→JCO成型→预焊→焊后修补→内焊→外焊→超声波探伤及外观检查→X射线探伤及内焊缝检查→机械扩径→检验试验→管端焊缝磨削→水压试验→管端倒棱→超声波自动探伤→管端磁粉探伤→超声波手工探伤复查管端→X射线探伤→外观和尺寸检查→标识→入库

更为优选的，上述管线钢管对接环缝焊接采用半自动焊接工艺：管端检查→管端对接→预热至100-110℃：采用LPG火焰加热→根焊：采用直流焊接电源手工焊机→热焊、填充和盖面焊接：采用半自动焊接机。

特别的，上述焊接时焊接电流为230～280V，焊接电压为17～25A，焊接速度为15～25厘米/分钟，层间温度为80～120℃，采用高镍铝低碳焊材。

更为特别的，上述板坯连铸过程中铸坯加热时间控制在10-12分钟/厘米，加热后除鳞温度控制在1030～1050℃，粗轧最后两道次轧制压下率≥20%；中间坯厚度100-115mm，开轧温度790-810℃，终轧温度795-815℃，轧后不弛豫，尽快进入ACC水冷区域，终冷温度控制在300～500℃，冷却速度控制在18～22℃/秒。

本发明的有益效果在于：

（1）与现有技术相比，本发明所述的一种大应变X80HD2管线钢钢板和钢管及其制造方法提供了详细可行的钢板、钢管制造工艺方法，更重要的是提供了这种成分体系和组织状态下的可行的环焊制造工艺，解决了目前X80级别大应变管线钢管制造和实际应用的限制性瓶颈。

（2）本发明所述的大应变X80HD2管线钢管具有优异的横向和纵向力学性能，特别是纵向性能保证了在冻土带、地震带等地质条件下地层变动引起的钢管的弯曲变形和应变情况下的安全性。

钢的组织是多边形铁素体和贝氏体，以及部分针状铁素体和M-A组元，晶粒度≥11级，在钢管上取横向拉伸试样，横向屈服强度为557～638MPa，横向抗拉强度为670～745MPa，横向延伸率为24～31%，横向屈强比为0.80～0.90；在钢管上取纵向拉伸试样，纵向拉伸曲线为圆屋顶形，纵向屈服强度为515～587MPa，纵向抗拉强度为636～715MPa，纵向屈强比为0.74～0.85，纵向均匀延伸率UEL为7.5～11%，纵向延伸率为44～55%，Rt1.5/Rt0.5为1.105～1.315，Rt2.0/Rt1.0为1.054～1.135；钢管-40℃DWTT剪切面积89～100%，-40℃钢管夏比冲击功为365～456J；钢管焊缝拉伸强度为640～690MPa；环焊焊缝拉伸强度665～705MPa，断于母材，-20℃焊缝中心冲击功为125～175J，热影响区冲击功为190～360J。

附图说明

图1为实施例1钢板金相组织照片；

图2为实施例2钢板金相组织照片；

图3为实施例3钢板金相组织照片；

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

一种大应变X80HD2管线钢管用钢板，以质量%计含有：碳0.04%，硅0.16%，锰1.69%，磷0.007%、硫0.001%，铌0.060%，钛0.014%，铬0.020%，铜0.21%，镍0.22%，铝0.015%，氮0.003%，硼0.0002%，其余为铁和不可避免的杂质；

钢板的生产工艺路线为：KR搅拌法脱硫→转炉冶炼→CAS精炼→LF精炼→RH精炼，真空脱气去夹杂→板坯连铸→板坯精整→板坯加热→粗轧→精轧→预矫直→MULPIC加速冷却→矫直→冷床冷却→剪切取样和检验→超声波探伤→得钢板入库；

KR搅拌法脱硫时工艺参数为：搅拌头转速为93转/分钟，加入脱硫剂量为4.5公斤/吨钢，扒渣后铁水亮面达到90%上，处理周期29分钟，处理后铁水中硫含量为0.002%；所述转炉冶炼时工艺参数为：采用容量为210吨的转炉，转炉氧气流量33000立方米/小时；枪位高度控制在1800～2300mm之间，保证冶炼过程无喷溅；采用高拉补吹模式，TSC时碳含量控制在0.25%，终点碳控制在0.03%；冶炼半程倒一次渣，倒渣量约为总渣量的1/3，控制终点磷含量不大于0.07%；

LF精炼时，LF炉冶炼初期加入铝粒或铝块造白渣，采用CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，Al₂O₃含量23%；加热时确保埋弧效果；精炼周期40分钟；所述板坯连铸时连铸机断面采用250-300mm×2200mm时拉速波动不大于±0.01米/分钟，钢水过热度控制在17℃，结晶器液面波动不大于±4毫米；

钢管的生产工艺路线为：钢板检验→铣边→预弯→JCO成型→预焊→焊后修补→内焊→外焊→超声波探伤及外观检查→X射线探伤及内焊缝检查→机械扩径→检验试验→管端焊缝磨削→水压试验→管端倒棱→超声波自动探伤→管端磁粉探伤→超声波手工探伤复查管端→X射线探伤→外观和尺寸检查→标识→入库；

管线钢管对接环缝焊接采用半自动焊接工艺：管端检查→管端对接→预热至100℃：采用LPG火焰加热→根焊：采用直流焊接电源手工焊机→热焊、填充和盖面焊接：采用半自动焊接机；

焊接时焊接电流为230V，焊接电压为25A，焊接速度为15厘米/分钟，层间温度为80℃，采用高镍铝低碳焊材；

板坯连铸过程中铸坯加热时间控制在10分钟/厘米，加热后除鳞温度控制在1041℃，粗轧最后两道次轧制压下率分别是21%和21.5%；中间坯厚度100mm，开轧温度795℃，终轧温度801℃，轧后不弛豫，尽快进入ACC水冷区域，终冷温度控制在300℃，冷却速度控制在22℃/秒。

钢管各项性能指标见表1所示。

实施例2：

X80HD2的熔炼成分、钢板生产工艺路线和钢管生产工艺路线与实施例1相同。

大应变X80HD2管线钢管对接环缝焊接采用半自动焊接工艺，其工艺流程是：管端检查→管端对接→预热至107℃：采用LPG火焰加热→根焊：采用直流焊接电源手工焊机→热焊、填充和盖面焊接：采用半自动焊接机。其焊接电流为275V，焊接电压为17A，焊接速度为23厘米/分钟，层间温度为112℃，采用高镍铝低碳焊材。

钢的各项性能指标见表1所示。

KR脱硫时搅拌头转速为110转/分钟，加入脱硫剂量为8公斤/吨钢，扒渣后铁水亮面90%，处理周期33分钟。处理后铁水硫含量为0.004%。

采用容量为210吨的转炉冶炼，转炉氧气流量36000立方米/小时；枪位高度1800～2400mm，冶炼过程无喷溅；采用高拉补吹模式，TSC时碳含量0.31%，终点碳控制在0.04%；冶炼半程倒一次渣，倒渣量1/2，终点磷含量0.08%。

LF炉冶炼初期即加入铝粒造白渣，采用CaO-SiO2-Al2O3渣系，Al2O3含量25%；加热时埋弧效果良好；精炼周期51分钟。

连铸机断面采用250mm×2200mm，拉速波动0米/分钟，钢水过热度控制在22℃，结晶器液面波动±3毫米。

铸坯加热时间12分钟/厘米，加热后除鳞温度1040℃，粗轧最后两道次轧制压下率分别是22%和21%；中间坯厚度100mm，开轧温度790℃，终轧温度795℃，轧后不弛豫，快速进入ACC水冷区域，终冷温度400℃，冷却速度19℃/秒。

实施例3：

按重量百分比其组成如下：碳0.07%，硅0.35%，锰1.60%，磷0.008%、硫0.002%，铌0.050%，钛0.021%，铬0.028%，铜0.22%，镍0.28%，铝0.024%，氮0.0025%，硼0.0003%，其余为铁和不可避免的杂质。

X80HD2钢板生产工艺路线和钢管生产工艺路线与实施例1相同。

大应变X80HD2管线钢管对接环缝焊接采用半自动焊接工艺，其工艺流程是：管端检查→管端对接→预热至110℃：采用LPG火焰加热→根焊：采用直流焊接电源手工焊机→热焊、填充和盖面焊接：采用半自动焊接机。其焊接电流为260V，焊接电压为20A，焊接速度为21厘米/分钟，层间温度为118℃，采用高镍铝低碳焊材。

钢管各项性能指标见表1所示。

KR脱硫时搅拌头转速为105转/分钟，加入脱硫剂量为5.5公斤/吨钢，扒渣后铁水亮面90%，处理周期35分钟。处理后铁水硫含量为0.002%。

采用容量为210吨的转炉冶炼，转炉氧气流量41000立方米/小时；枪位高度控制在1800～2200mm之间，冶炼过程无喷溅；采用高拉补吹模式，TSC时碳含量控制在0.33%，终点碳0.04%；冶炼半程倒一次渣，倒渣量2/3，终点磷含量0.08%。

LF炉冶炼初期即加入铝粒造白渣，采用CaO-SiO2-Al2O3渣系，Al2O3含量21%；加热时埋弧效果好；精炼周期44分钟。

连铸机断面300mm×2200mm，拉速波动±0.03米/分钟，钢水过热度25℃，结晶器液面波动±4毫米。

表1实施例钢管性能指标

Claims

1.一种大应变X80HD2管线钢管用钢板，其特征在于：以质量%计含有：碳0.04～0.07%，硅0.15～0.35%，锰1.60～1.70%，磷≤0.008%、硫≤0.003%，铌0.050～0.065%，钛0.012～0.023%，铬0.020～0.030%，铜0.20～0.30%，镍0.20～0.30%，铝0.015～0.025%，氮≤0.004%，硼≤0.0005%，其余为铁和不可避免的杂质。

2.一种大应变X80HD2管线钢管用钢板的制备方法，其特征在于：所述钢板的生产工艺路线为：KR搅拌法脱硫→转炉冶炼→CAS精炼→LF精炼→RH精炼，真空脱气去夹杂→板坯连铸→板坯精整→板坯加热→粗轧→精轧→预矫直→MULPIC加速冷却→矫直→冷床冷却→剪切取样和检验→超声波探伤→得钢板入库。

3.如权利要求2所述的一种大应变X80HD2管线钢管用钢板的制备方法，其特征在于：所述KR搅拌法脱硫时工艺参数为：搅拌头转速为90～110转/分钟，加入脱硫剂量为4～8公斤/吨钢，扒渣后铁水亮面达到80%以上，处理周期27～35分钟，处理后铁水中硫含量为0.002～0.004%；所述转炉冶炼时工艺参数为：采用容量为210吨的转炉，转炉氧气流量33000～42000立方米/小时；枪位高度控制在1800～2400mm之间，保证冶炼过程无喷溅；采用高拉补吹模式，TSC时碳含量控制在0.25～0.35%，终点碳控制在0.03～0.04%；冶炼半程倒一次渣，倒渣量约为总渣量的1/3～2/3，控制终点磷含量不大于0.09%。

4.如权利要求2所述的一种大应变X80HD2管线钢管用钢板的制备方法，其特征在于所述LF精炼时，LF炉冶炼初期加入铝粒或铝块造白渣，采用CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，Al₂O₃含量大于20%；加热时确保埋弧效果；精炼周期40-55分钟；所述板坯连铸时连铸机断面采用250-300mm×2200mm时拉速波动不大于±0.05米/分钟，钢水过热度控制在15-25℃，结晶器液面波动不大于±5毫米。

5.一种大应变X80HD2管线钢管的制备方法，其特征在于，所述钢管的生产工艺路线为：钢板检验→铣边→预弯→JCO成型→预焊→焊后修补→内焊→外焊→超声波探伤及外观检查→X射线探伤及内焊缝检查→机械扩径→检验试验→管端焊缝磨削→水压试验→管端倒棱→超声波自动探伤→管端磁粉探伤→超声波手工探伤复查管端→X射线探伤→外观和尺寸检查→标识→入库。

6.如权利要求5所述的一种大应变X80HD2管线钢管的制备方法，其特征在于，所述管线钢管对接环缝焊接采用半自动焊接工艺：管端检查→管端对接→预热至100-110℃：采用LPG火焰加热→根焊：采用直流焊接电源手工焊机→热焊、填充和盖面焊接：采用半自动焊接机。

7.如权利要求6所述的一种大应变X80HD2管线钢管的制备方法，其特征在于，所述焊接时焊接电流为230～280V，焊接电压为17～25A，焊接速度为15～25厘米/分钟，层间温度为80～120℃，采用高镍铝低碳焊材。

8.权利要求2所述的一种大应变X80HD2管线钢板及钢管及其制造方法，其特征在于：所述板坯连铸过程中铸坯加热时间控制在10-12分钟/厘米，加热后除鳞温度控制在1030～1050℃，粗轧最后两道次轧制压下率≥20%；中间坯厚度100-115mm，开轧温度790-810℃，终轧温度795-815℃，轧后不弛豫，尽快进入ACC水冷区域，终冷温度控制在300～500℃，冷却速度控制在18～22℃/秒。